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Messen und Balancing von Li-Ion-Zellspannungen

Entwickeln und Validieren von Batteriemanagementalgorithmen

Anwendungsbereiche

  • Entwickeln und Validieren von Batteriemanagementsystemen und -algorithmen
  • Batteriebelastungstests (Tiefentladung und Überlastung)
  • Testen von Zellchemie und Zellgeometrie
  • Bandendeprüfungen und Abnahmetests für Batterien und Batterieregler

Leistungsmerkmale

  • Skalierbare modulare Systeme mit Unterstützung von bis zu 846 V (ca. 200 Zellen)
  • Messbereich von 0 bis 5 V
  • Genauigkeit bis zu ±2 mV
  • Sehr hohe Messfrequenz von bis zu 1 kHz
  • Absolut synchrone Messung aller Zellspannungen (unabhängig von der Anzahl), Zelltemperaturen und Batterieströme mit dem EV1093 Board
  • Überwachen des Isolationsstatus
  • Echtzeitalgorithmen des Ladestatus (SOC) für Batteriezellen

Lithium-Ionen (Li-Ion)-Akkumulatoren bestehen üblicherweise aus mehreren hundert verbundenen Zellen mit einer Betriebsspannung von ca. 2,5 bis 3,8 V. Da die Spannungskurve eher flach verläuft, wirkt sich eine kleine Schwankung der Zellspannung verhältnismäßig stark auf den Ladezustand (State of Charge, SOC) aus.

 

Daher ist einer der zahlreichen Algorithmen des Batteriemanagements für den Ladezustand zuständig und regelt die Spannung in den Batteriezellen. Dafür müssen die Zellspannungen gemessen und sehr genau beobachtet werden.

 

Da eine individuelle Zellspannung viel geringer ist als die Spannung einer ganzen Batterie (größer 500 V), müssen die einzelnen Zellspannungen gemessen werden. Dafür bietet dSPACE das EV1093 Battery Cell Measurement and Balancing Board. Ein Board deckt 24 Zellen ab und Sie können einfach weitere Boards hinzufügen, sollten Sie mehr Kanäle benötigen. Das EV1093 unterstützt das passive Batteriezellen-Balancing, bei dem Energie aus Zellen mit höchstem Ladezustand abgezogen und über Widerstände als Wärme abgegeben wird. Aufgrund der hohen Qualität heutiger Lithium-Ionen-Batterien ist aktives Balancing, bei der Energie aus der am meisten geladenen Zelle genommen und auf die am wenigsten geladene Zelle übertragen wird, oftmals gar nicht notwendig.


Das EV1093 kann entweder in einem 19-Zoll-Schrank im Labor eingesetzt werden oder in einem Gehäuse im Fahrzeug. In beiden Fällen sind die Messkanäle für die Zellspannung von den Messkanälen für die Temperatur aufgrund der hohen Differenz zwischen der Zelle und den Systemspannungen getrennt. Jede Ethernet-fähige dSPACE Plattform wie die MicroAutoBox II, die MicroLabBox oder das DS1007 PPC Processor Board kann für die Steuerung des Boards eingesetzt werden. Über die Ethernet-Verbindung können Sie verteilte Intelligenz über das FPGA des EV1093 und den leistungsstarken Prozessor der dSPACE Plattform nutzen.

Für unterschiedliche Konfigurationen und Implementierungsanforderungen bietet das spezielle dSPACE Battery Cell Voltage Measurement and Balancing Blockset maximale Flexibilität für den direkten Zugriff auf die Batterie. Sie können den Balancing-Prozess und die Algorithmen komplett steuern.

 

Um zum Beispiel die Zellen passiv auszusteuern, während die Batterie geladen wird, können Sie eine Zielspannung, also die Minimalspannung, definieren, die das EV1093 beibehalten soll. Für passives Balancing können Widerstände mit einem großen Widerstandsbereich über ein Aufsteckmodul zum EV1093 hinzugefügt werden.

 

 

Das System verfügt über einen integrierten Sicherheitsmechanismus, der deaktiviert werden kann, um die Zellen komplett zu entladen oder eine Überlast zu erzeugen. Da jede Zelle einzeln überwacht wird, werden Batteriebelastungstests oder Tests einer neuen Zellchemie oder einer Zellgeometrie unterstützt. Zudem bietet das EV1093 zahlreiche Temperatursensoren, die detailliert darüber informieren, welche Temperaturen wo auftreten, wodurch Überhitzungszonen leicht erkannt werden können.

 

 

Damit Sie direkt anfangen können, enthält das Blockset einsatzfertige, konfigurierbare echtzeitfähige SOC-Algorithmen, basierend auf Kalman-Filtern.